鋼筋混凝土梁損傷過程聲發(fā)射信號的分形特征試驗研究.pdf

1、隨著當(dāng)前工程結(jié)構(gòu)安全事故的頻發(fā)，結(jié)構(gòu)的健康與安全成為目前人們首要的關(guān)注問題，而對結(jié)構(gòu)損傷破壞的有效預(yù)警和安全評估則是問題關(guān)鍵所在。近些年來隨著聲發(fā)射檢測技術(shù)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)探傷領(lǐng)域的運用和研究不斷地進步與完善，它逐漸成為土木工程結(jié)構(gòu)損傷檢測的重要手段之一，但是聲發(fā)射信號與結(jié)構(gòu)損傷之間的演化關(guān)系一直是個難點。為了探索預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁聲發(fā)射信號與其損傷的演化關(guān)系，本文通過室內(nèi)試驗主要研究了在分級循環(huán)加載條件預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁彎曲破壞全過程

2、聲發(fā)射信號的分形特征，在此基礎(chǔ)上還探討了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁聲發(fā)射過程的Kaiser點與相鄰點時域波形信號的分形規(guī)律和它們的能量在相同頻帶的分布的特征。
　　本文基于分形理論和G-P算法建立了試驗過程中聲發(fā)射信號特征參數(shù)的關(guān)聯(lián)維數(shù)模型，通過編制了MATLAB計算程序，計算出了各個加載階段下采集到信號特征參數(shù)的關(guān)聯(lián)維數(shù)。通過分析各個循環(huán)加載階段信號關(guān)聯(lián)維數(shù)的演化特征，以此來研究預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁各個破壞階段的損傷規(guī)律。另外還計算了Ka

3、iser點與相鄰點時域波形信號參數(shù)的關(guān)聯(lián)維數(shù)，并且還通過小波包頻帶能量法計算了Kaiser點與相鄰時域波形信號各個頻帶的能量百分比，探討了Kaiser點與相鄰點時域波形信號存在的分形特征和它們在各個相同頻帶上的能量分布特性。論文的主要成果如下：
　　1.試驗過程的各個循環(huán)加載階段的聲發(fā)射信號的特征參數(shù)序列在給定的尺度下存在明顯的分形特征；各個荷載階段下的關(guān)聯(lián)維數(shù)是基本上不相同，則表明各個加載階段過程中的聲發(fā)射信號存在著自相似性，因

4、此可以將聲發(fā)射信號關(guān)聯(lián)作為描述預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁構(gòu)件的力學(xué)特征參數(shù)。
　　2.當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁承受荷載持續(xù)增大的條件下，聲發(fā)射信號的關(guān)聯(lián)維數(shù)整體上是處于一個下降的趨勢，但局部也會出現(xiàn)上下波動的情況。關(guān)聯(lián)維數(shù)的下降說明試件梁有損傷出現(xiàn)，關(guān)聯(lián)維數(shù)的波動說明出現(xiàn)新的損傷代替舊的損傷發(fā)展，關(guān)聯(lián)維數(shù)持續(xù)下降后并呈水平穩(wěn)定的趨勢，可作為結(jié)構(gòu)臨近極限破壞的征兆。
　　3.當(dāng)Kaiser效應(yīng)失效后，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁的歷史應(yīng)力對關(guān)聯(lián)維數(shù)

5、演化規(guī)律沒有影響，可以不用考慮歷史應(yīng)力的影響，利用聲發(fā)射信號特征參數(shù)的關(guān)聯(lián)維數(shù)演化結(jié)構(gòu)的損傷情況。
　　4.通過預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁Kaiser點與相鄰點的時域波形信號的關(guān)聯(lián)維數(shù)的研究分析，發(fā)現(xiàn)Kaiser點時域波形信號幅值的關(guān)聯(lián)維數(shù)要顯著地小于相鄰點的關(guān)聯(lián)維數(shù)；
　　5.通過分析Kaiser點與相鄰各點的聲發(fā)射時域波形信號在該頻段的能量變化規(guī)律，可以得到Kaiser點時域波形信號的在它的優(yōu)勢能量頻帶62.5～125 kHz上